EP0941576B1 - Resonator mit kristall - Google Patents

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EP0941576B1
EP0941576B1 EP97951202A EP97951202A EP0941576B1 EP 0941576 B1 EP0941576 B1 EP 0941576B1 EP 97951202 A EP97951202 A EP 97951202A EP 97951202 A EP97951202 A EP 97951202A EP 0941576 B1 EP0941576 B1 EP 0941576B1
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EP
European Patent Office
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crystal
resonator according
lid
housing
resonator
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97951202A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0941576A1 (de
Inventor
Gerhard Pfeil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tele Quarz GmbH
Original Assignee
Tele Quarz GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Tele Quarz GmbH filed Critical Tele Quarz GmbH
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Publication of EP0941576B1 publication Critical patent/EP0941576B1/de
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/58—Multiple crystal filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders or supports
    • H03H9/0595—Holders or supports the holder support and resonator being formed in one body
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders or supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1035—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by two sealing substrates sandwiching the piezoelectric layer of the BAW device
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341—Surface mounted components
    • H05K3/3431—Leadless components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • the invention relates to a resonator with at least one crystal, at least two this crystal-stimulating electrodes and a sandwich construction Housing with a substantially disc-shaped bottom, at least one frame-shaped Middle part that surrounds the crystal and carries it in a vibratory manner, and a substantially disc-shaped cover, these housing parts including of conductive layers are connected by sealing surfaces and the Electrodes are each electrically connected to a conductive layer.
  • the invention further relates to a method for producing such a resonator.
  • the resonators common today are piezoelectric crystal elements, those in hermetically sealed housings, mainly made of glass, metal or ceramic, are mounted.
  • the crystal element is mounted in such housings with a conductive adhesive, which is the electrical connection from the mostly vapor-deposited electrodes to the electrical feedthroughs or vias of the housing connects and at the same time represents the mechanical connection of the crystal element to the housing.
  • Resonators with such housings are relatively large components that are complex are to be produced because indentations or free spaces are needed because of the mechanical tolerances and the use of conductive adhesives must be sufficiently large have to.
  • US 4,293,986 proposes a resonator in the beginning train the type mentioned. It is a frame-shaped quartz disc that the active crystal surface surrounds, with a bottom and a lid to form a sandwich Housing assembled.
  • These components include conductive surfaces, where the active crystal surface is in a space that is trough-shaped Recesses from the bottom and lid is formed. That way though a reduction in size of the component is achieved, but this component can only be in mount on a printed circuit board in a complex manner.
  • auxiliary structures for making the connections such as wires, required.
  • Such a component cannot be used in SMD technology (Surface Mounted Devices) on a circuit board.
  • a resonator of the type mentioned above is also known from US Pat. No. 4,421,621.
  • This contains a fork-shaped quartz crystal, with conductive layers partially through vertical conductive surfaces, mostly connected to each other by an opening are.
  • the potentials are not connected to the disc-shaped bottom, so that the component is attached to a printed circuit board using SMD technology and thereby can be connected.
  • the invention is therefore based on the object of a resonator at the beginning mentioned type in such a way that it can be further processed in SMD technology can.
  • the object is achieved in that on at least one side of the housing a total of at least two conductive surfaces such as the foot of the floor extend that this can be soldered to a circuit board, the conductive Layers outside the sealing surfaces are interrupted for electrical isolation.
  • the object is further achieved by a method of the type mentioned above, in which before joining at least one crystal disk with conductive on both sides Layers is provided, the active crystal surface and at least one interruption outside of sealing surfaces that achieve a sealed housing area serve, remain spared, and at least the bottom with at least two conductive Is provided surfaces that extend to the foot of the floor that this so that it can be soldered onto a printed circuit board and electrical connections to the conductive ones Layers of at least one crystal wafer can be produced.
  • the invention provides a hermetically sealed, inexpensive SMD component small volume made available.
  • This component is soldered onto the Printed circuit boards are not connected, no wiring, holes or plated-through holes required.
  • the conductive layers serve as vias and preferably at the same time as sealing surfaces, the potential separations outside
  • the sealing surfaces serve several connections to the edge of the sandwich Housing to lead from there with solderable connections to a circuit board to connect the floor.
  • an SMD component is created that with a variety of different potentials can be connected. So the principle is that each conductive layer that lies between the housing parts has a potential assigned. Since these layers are electrically separated from each other, they can be Serve connection of the electrodes with one conductor track of the circuit board.
  • the Component is easy to manufacture and offers, like the different embodiments and further training show a large number of design options.
  • the resonator can be designed, for example, in such a way that the conductive layers are located on the at least one frame-shaped central part, these with Bottom and lid are connected to produce the sealing surfaces.
  • These sealing surfaces are different Process can be produced. They can be evaporated or by screen printing, chemical processes or combinations of different processes applied become. Bottom and lid can be glued to the frame-shaped central part or in otherwise connected to it.
  • the lid by bonding (also as anodic bonding or diffusion bonding known) to connect to the middle part.
  • bonding also as anodic bonding or diffusion bonding known
  • the floor can also be bonded to the middle section.
  • the advantage is that no metallic layers are required for the lid and / or bottom are; they can be directly connected to the metallic layer of the middle part become. In this way, the manufacture is simplified and a durable connection achieved.
  • the lid can only consist of a sheet of glass that directly with an aluminum layer of the middle part that carries the crystal. The same goes for the floor, which then only with the lateral conductive layers for the connection on the circuit board must be equipped.
  • the bottom has a conductive layer at the top, which is connected to the corresponding conductive layer of the central part, wherein these correspond at least in the area of the sealing surface.
  • the lid has a conductive layer at the bottom, with the corresponding layer of the middle part is connected, this also at least in the area of the sealing surface correspond. Since the application of metal layers, for example on quartz, Glass or ceramic, which gives a very stable connection, has this embodiment Advantage that the housing elements can be soldered or welded. A metal with a is expediently used for the conductive layers Melting temperature between 240 and 600 ° C provided. This makes it easy Welding by friction welding or laser welding possible without the individual components are affected.
  • Housing is closed under vacuum by vacuum, or there are combinations conceivable, such as that the lid and the bottom together with the Quartz assembled under vacuum and then soldered the metal surfaces or be welded. It is also possible that the metal layers in the continuous furnace are fused together, or it can be soldered such that a Stamp that holds the parts together from above and below during the soldering process, also serves to dissipate heat and seal inwards. Other types of Assembly and connection of the housing parts or combinations thereof are imaginable.
  • An expedient embodiment provides that the conductive layers are outside the sealing surfaces have further interruptions. These interruptions can serve that only as many conductive layers lie on top of each other as for the contact and sealing are required. The reason is that the metal layers like coils or capacitors, which are often more necessary considering lower values can interfere. Such further interruptions can but also serve to insert other components, such as conductor tracks, Capacitors, coils etc. Such components can e.g. using sputter technology be evaporated. In this way, the resonator can be integrated Component to be expanded.
  • the active resonator surface of the crystal below Remaining of at least one connecting bridge is free.
  • the individual configurations depend on the final properties of the desired resonator.
  • the exemption can be either mechanical, for example by drilling, or by an etching process in which previously not to be etched free Surfaces are covered with varnish.
  • the embodiment as one piece Component has the advantage that no connection of the frame-shaped middle part with the Crystal through a foreign material, such as adhesive, is required. This is advantageous because such materials, especially adhesives, have aging resistance influence negatively. Through two connecting bars, each of which is at least one Wear electrode lead, adverse shear vibrations can be avoided.
  • the active crystal surface can be machined to achieve a change in thickness. Precisely because the vibrating body is firmly attached to a thick edge, it can be made thinner. This is one of the ways to create space for the oscillation ability of the active resonator surface. It is also a particularly economical option since the processing of the crystal is necessary in order to obtain the desired final frequency.
  • This change in thickness of the active surface can be carried out by etching, by lapping or by laser processing, for example excimer laser.
  • the electrodes and their electrical connection to the conductive surfaces can then be evaporated.
  • the conductive layer of the cover is a window in the area of the crystal.
  • the conductive layer of the floor can also be a Have windows in the area of the crystal. This can be done in a simple manner Make room for the crystal's vibrational ability, either to add to create additional space for the change in thickness of the crystal or instead of such Change in thickness.
  • the additional advantage of such windows is that they are undesirable Capacities are avoided.
  • At least one of the housing parts namely Bottom or lid, made of a transparent material.
  • the bottom and / or lid made of glass consist.
  • a YAK laser can be used to process the electrodes become.
  • the big advantage is that the adjustment after the closure of the Housing can take place. In this way, crystals can be made with an initial accuracy Adjust ⁇ 5 ppm to get an accuracy of less than 1 ppm achieve.
  • the electrodes can be arranged on the crystal, but usually they do not cover the entire active crystal surface. Another option is there in that the electrodes on the underside of the lid and on the top of the Are attached to the floor. Of course, if several crystals are provided an intermediate floor can also be a support for electrodes. By such an embodiment especially stable aging resonators can be manufactured, the high Show frequency stability. In such a case, the electrodes can also be used Rework the transparent housing using a laser.
  • the sandwich construction according to the invention with the possibility of conducting layers for Connecting multiple potentials to the circuit board also opens up the possibility that several crystals are inserted into the case.
  • These can be arranged that several frame-shaped middle parts inserted between the bottom and lid are that, so to speak, several resonators are stacked on top of one another.
  • there are intermediate floors between the frame-shaped central parts are located, at least for establishing the electrical connection of the at least have an overlying crystal to the circuit board conductive surfaces.
  • the intermediate part has a conductive top and bottom Has layer for forming the respective sealing surface, which is outside the sealing surface is interrupted for electrical isolation.
  • Metal layers are bonded together to join the components together can thus be a compact component with any number of resonators and possibly train other components. It can be provided that the crystals are connected to the circuit board by separate connections. Building the senior Layers and their interruptions can, however, also be configured in this way be that the individual resonators are connected in series or in parallel.
  • the resonator is also designed in accordance with the invention a space for the crystal to swing through trough-shaped recesses of the bottom and lid, as in the prior art mentioned, possible and then useful if a particularly large free space is to be created.
  • the bottom of the resonator can have any number of pads for soldering to Have conductor tracks of the circuit board. The only limit is how many conductive surfaces can accommodate the circumference of the housing.
  • the housing namely the bottom, one or more the frame-shaped central parts and, if necessary, also the intermediate floors and the Lids made of the same material, e.g. made of the same quartz as the crystal.
  • the entire component consists of homogeneous material with the same Expansion, resulting in particularly stress-free properties, especially with different ones Operating temperatures leads. Freedom from stress means that no pushing forces and thus no bending of the component and no negative influence on the Vibrations occurs.
  • the invention further relates to a method for producing a resonator of the type described above.
  • This method has the following method steps: A crystal disk is covered, for example, by means of lacquer or stencils where the active crystal surface and the break for polarity separation are to be located. Then the uncovered areas are metallized. A similar operation is also carried out on the floor, with the metallizations producing at least two conductive surfaces which extend to the foot of the floor in such a way that it can be soldered to a printed circuit board.
  • such layers can be provided in the sealing area, where they correspond to the conductive layers of the crystal wafer.
  • the cover can also be provided with such a metal layer, which is located at least in the area of the sealing surface of the sealed housing area.
  • the active crystal surface of the crystal disc is exposed in such a way that at least receive a connecting bridge to the resulting frame-shaped central part remains.
  • This can be done by drilling, cutting using a cutting disc or etching, in the latter case, a covering with a lacquer is also made can.
  • all surfaces except for the active crystal surface is covered with a varnish so that this area on the desired frequency can be etched. It can also have convex shapes for low-frequency crystals can be produced by step etching. Of course other forms of processing such as using a laser are also possible. It is essential that through the crystal surface processed in this way the desired dimensions can be achieved. After that the electrodes are applied so that they are connected to the conductive sealing surfaces are.
  • the housing parts are put together, this by gluing, Soldering, bonding or welding, for example friction welding or laser welding, can take place.
  • the vertical conductive surfaces and if necessary also horizontal conductive layers of the floor and crystal disc, which are the same Potentials are assigned to each other. It can also connect be produced by sealing the parts under vacuum by means of negative pressure become.
  • a combination of methods, for example, is particularly expedient in that the lid and the bottom together with the crystal disc underneath Vacuum joined and then soldered or welded the metal surfaces become.
  • the quartz is protected by the vacuum seal and that There is no higher risk that the vacuum seal is not permanent.
  • the solder leaves heat up by a laser, for example, or a stamp is provided, that holds the parts together from above and below during the soldering process and at the same time serves to dissipate heat and to seal inwards.
  • the housing is transparent, for example an all-glass housing, it can after assembling the housing using a laser or a glow discharge at least one of the electrodes through the transparent housing part be reworked, with a particularly high accuracy in the manner shown above can be achieved.
  • FIG. 1 and 2 show a first embodiment in which the principles of the invention are explained.
  • the housing 5 of the resonator 1 is constructed from a base 6, a frame-shaped central part 7 and a cover 8.
  • Fig. 1 shows a section II, which is located in Fig. 2. It leads through the frame-shaped central part 7 in the region of the conductive layer 9, which serves to relay the first potential.
  • the frame-shaped central part 7 forms a frame and comprises a crystal 2 which is connected to the frame-shaped central part 7 by a connecting web 28.
  • the frame-shaped central part 7 and crystal 2 are expediently made from one part, for example a quartz crystal, an exemption 44 having been removed in the manner already described.
  • a sealed housing region 25 is formed by the sealing surfaces 13 and 14, in which is the crystal 2.
  • This sealed housing area 25 is created by the construction of the sandwich-like housing 5 from the bottom 6, frame-shaped central part 7 and cover 8.
  • the conductive layers 9 and 10 with conductive layers 9 ' and 10 'of the cover 8 and the base 6 are joined together in a corresponding manner, that around the crystal 2 the hermetically sealed housing region 25 arises.
  • the first potential reaches electrode 3 the second potential, which is separated, is on the left side of the component in a corresponding manner with the conductor track 23 'by means of a further soldering 24 connected is.
  • the sealing surfaces 13 are also located and 14 on different potentials.
  • it would also be different from the one drawn Arrangement of the interruptions is conceivable, it is only essential that the potentials are separated without thereby creating a gap in the sealing surfaces 13 and 14. In this way, it was possible to use a sandwich construction to create a resonator 1 to produce, in which no wires or vias are required. Alone through the metallized surfaces 9, 9 ', 10, 10' of the stacked Housing parts 5, 6, 7 is both the sealing of a housing area 25 and the Separation of the two potentials achieved.
  • windows 32 and 33 are in the conductive Layers 9 'and 10' of the bottom 6 and the cover 8 are provided.
  • This vibratory suspension with a corresponding free space 39 can also be created by machining the active crystal surface 2, such as it can be seen from this embodiment.
  • the electrodes 3 and 4 applied and with the conductive layers 9 and 10 to Connected to the first and second potential.
  • 3 - 5b show the individual parts of a second exemplary embodiment, which differs from the first exemplary embodiment in that the crystal 2 is connected to the frame-shaped central part 7 by two connecting webs 29 and 30 and that the crystal is not or only insignificantly processed in its thickness has been.
  • the free space 39 is then created by the windows 32 and 33 in this embodiment.
  • 4a and 4b show the frame-shaped central part 7, FIG. 4 showing the quartz disk which has not yet been provided with conductive layers, but in which the active crystal surface 2 has already been worked out by the exemption 44. It is attached to the frame-shaped part 7 by the connecting webs 29 and 30. 4b shows the frame-shaped central part 7 after the application of the conductive layer 9, which at the same time gives the sealing surface 13 with the cover 8 already described. Below the frame-shaped central part 7 shown is the conductive layer 10, which at the same time provides the sealing surface 14 with the bottom 6 to be described.
  • the electrode lead 31 for the upper electrode 3 is located on a connecting web 30 and the electrode lead 31 for the electrode 4 is located on the other connecting web 29. This configuration avoids undesirable resonances in the feeds.
  • other connections of the active crystal surface 2 are also possible, this depends on the particular desired waveforms and on the angle at which the crystal was cut to produce the blank.
  • the second embodiment has an interruption 43 in FIG two conductive layers 9 and 9 '.
  • this interruption 43 components 27 'can be arranged, which are connected in series to the crystal 2.
  • a further interruption 43 ' is provided which enlarges the interruption 26' in such a way that one or more additional components 27 can be inserted, which are arranged parallel to the crystal 2.
  • conductor tracks, Coils or capacitors are additionally integrated into the resonator and it is on this way, a quartz filter entirely or partially in the housing 5 of the resonator 1 to integrate.
  • FIG. 5 shows the top of the base 6, the conductive layer 10 ′ being designed in such a way that it corresponds to the conductive layer 10 of the frame-shaped central part 7. This correspondence must be achieved in the area of the sealing surface 14 and in a contact area. Otherwise, further interruptions 43 and 43 'are also possible here. However, such are not shown.
  • 5a shows a section VV through the base 6.
  • connection surfaces 42 which in this exemplary embodiment are two separate connections 35 and 36. Of course, in a different embodiment such as that of FIG. 8, a plurality of such connection surfaces 42 can serve to enable four potentials to be connected.
  • the two separate connections 35 and 36 shown here are drawn through vertical conductive surfaces 17 and 18 to the top of the bottom 6, on which the conductive layer 10 ′ for the second potential is located.
  • the interruption 26 ′ separates the conductive surface 18, it serves to connect the conductive layer 9 of the frame-shaped central part 7 for connecting the upper electrode 3.
  • the conductive surface 17 leads to the lower electrode 4 via the conductive layer 10 and 10 ′ .
  • Fig. 6 shows housing parts of a third embodiment to illustrate the assembly.
  • the crystal 2 is round and has two opposing connecting webs 29 and 30, so that the clearance 44 extends over approximately 2 times 175 degrees.
  • the bottom 6 has on its top the conductive layer 10 ', which has a window 33, which in this case is round.
  • the conductive layer 10 ' is further provided with the interruption 26' which corresponds to the corresponding interruption 26 'of the layer 10 of the frame-shaped central part 7.
  • This middle part 7 has on its upper side the conductive layer 9 with the interruption 26, which in turn corresponds to the interruption 26 of the layer 9 'of the cover 8.
  • This layer 9 'in turn has a window 32 which, like the window 33, has the size of the exemption 44.
  • This exemplary embodiment has a frame-shaped central part 7, in which a lenticular quartz crystal 46 is fastened by means of an adhesive connection 45.
  • a lenticular quartz crystal 46 is particularly suitable for crystals ⁇ 12 MHz.
  • the frame-shaped central part 7 has a conductive surface 18 on an outer edge and a conductive surface 17 on the other outer edge.
  • the bottom 6 has connections 35 and 36, the connection 35 leading via the conductive surface 17 and the conductive layer 10 to the lower electrode 4 '.
  • the connection 36 leads via the conductive surface 18 and the conductive layer 9 to the upper electrode 3 '.
  • the electrodes 3 'and 4' are not attached to the crystal 2, but are located on the bottom 6 and on the cover 8.
  • Interruptions 26 and 26 are provided in order to separate the two potentials from one another.
  • the conductive surface 17 on the frame-shaped central part 7 could also be omitted, so that this missing conductive surface 17 would represent the interruption 26, so to speak.
  • this component could also be constructed as a component with several resonators stacked on top of one another; in this case, electrodes would also have to be arranged in a corresponding manner on intermediate floors between the individual resonators.
  • many different features have been combined, which of course does not mean that these are only possible in the combination shown. Different features of all the illustrated exemplary embodiments can be combined with one another in different ways.
  • FIGS. 9, 10 and 11 are sectional views, the sections of FIGS. 9, 10 and 11 being entered in FIG. 8. The course of the section of FIG. 8 is again noted in FIGS. 9 to 11.
  • the Roman numerals on the cuts correspond to the Arabic numerals on the figures.
  • FIG. 12 is a side view, which is also shown in Roman numerals with an arrow in FIG. 8.
  • each resonator 1 and 1 ′ has separate connections 35 and 36 and 37 and 38 to the circuit board 22. So leads from the conductor 23 Terminal 35 via the conductive surface 17 and the conductive layer 9 to the upper electrode 3 of the crystal 2.
  • the connection 36 leads from the conductor track 23 "over the conductive surface 18 and the conductive layer 10 to the lower electrode 4 of the crystal 2.
  • Furthermore leads from the conductor 23 'of the terminal 37 via the conductive surface 19 and the conductive Layer 11 to the top electrode 3 of the crystal 2 ', and finally leads from the Conductor 23 '' 'the connection 38 via the conductive surface 20 and the conductive layer 12 to the lower electrode 4 of the crystal 2 '.
  • interruptions 47 must be added to interruptions 26 and 26 ' be provided, which attach to the interruptions 26 and 26 'such that the conductive side surfaces of the component are divided into four conductive surfaces 17 to 20, each of these surfaces 17 to 20 each having a conductive layer 9 to 12 in the top mentioned way is connected.
  • Section IX shown in FIG. 9 shows that the conductive surface 20 is connected to the conductive layer 12. In corresponding Way is on the upper side of the resonator 1 ', the conductive surface 19 with the conductive Layer 11 connected.
  • Fig. 11 shows how the conductive surface 17 with the conductive Layer 9 is connected, and correspondingly is the conductive surface 18 with the conductive Layer 10 connected.
  • FIG. 10 There is an intermediate floor between the resonators 1 and 1 ', of the conductive layers 15 and 15 ', both of which are configured in this way are as shown in FIG. 10.
  • the sealing surfaces 16 of the intermediate floor 34 are separated from the potentials by the interruptions 26 and 26 '.
  • the two Potentials on each side are in turn separated by further interruptions 47. In this way, the potentials are only continued without making contact takes place with the larger sealing surface 16.
  • the leaders could Surfaces 17 and 18 with the corresponding parts of the conductive layer are also omitted because an upward connection is not required. It would be too possible to omit the interruptions 26, 26 ', 47 from the intermediate floor 34, where the corresponding surfaces 9, 10, 11, 12 of the adjacent frame-shaped Middle parts 7, 7 'have no such.
  • the version shown was chosen to better handling and universal applicability due to the symmetry on all sides to achieve the intermediate floor 34 and the solderings 24 also in a symmetrical manner Way to be able to attach to the component.
  • Fig. 13 shows a sixth embodiment, which differs from FIG. 2 in that the electrode 2 has the thickness of the frame-shaped central part 7 and 39 trough-shaped recesses 40 and 41 of the cover 8 and the bottom 6 are provided to achieve the free space .

Landscapes

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Resonator mit mindestens einem Kristall, mindestens zwei diesen Kristall anregenden Elektroden und einem in Sandwich-Bauweise aufgebauten Gehäuse mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Boden, mindestens einem rahmenförmigen Mittelteil, das den Kristall umgibt und in schwingfähiger Weise trägt, und einem im wesentlichen scheibenförmigen Deckel, wobei diese Gehäuseteile unter Einschluß von leitenden Schichten durch Dichtflächen miteinander verbunden sind und die Elektroden jeweils mit einer leitenden Schicht elektrisch in Verbindung stehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Resonators.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Resonators (1, 1') mit mindestens einem Mittelteil (7, 7') aus einer Kristallscheibe mit zwei Elektroden (3, 3', 4, 4') sowie einem Boden (6) und einem Deckel (8) durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) die aktive Kristallfläche (2, 2') wird derart freigestellt, daß mindestens ein Verbindungssteg (28, 29, 30) zum dadurch entstehenden rahmenförmigen Mittelteil (7, 7') erhalten bleibt,
  • b) die aktive Kristallfläche (2, 2') wird derart bearbeitet, daß die gewünschte mechanische Abmessung erzielt ist,
  • c) die Elektroden (3, 3') werden aufgebracht und gegebenenfalls zum Abgleich bearbeitet sowie mit den leitenden Schichten (9, 10, 11, 12) verbunden, das mindestens eine Mittelteil (7, 7'), der Boden (6) und der Deckel (8) werden zusammengefügt.
    • Bei den heute üblichen Resonatoren handelt es sich um piezoelektrische Kristallelemente, die in hermetisch dichte Gehäuse, vorwiegend aus Glas, Metall oder Keramik, montiert sind. Das Kristallelement wird in solche Gehäuse mit einem Leitkleber montiert, der die elektrische Verbindung von den meist aufgedampften Elektroden mit den elektrischen Durchführungen oder Durchkontaktierungen des Gehäuses verbindet und gleichzeitig die mechanische Verbindung des Kristallelements mit dem Gehäuse darstellt. Resonatoren mit derartigen Gehäusen sind relativ große Bauelemente, die aufwendig herzustellen sind, da Vertiefungen oder Freiräume benötigt werden, die wegen der mechanischen Toleranzen und der Verwendung von Leitklebern genügend groß sein müssen.
    Aus diesem Grund schlägt die US 4,293,986 vor, einen Resonator in der eingangs genannten Art auszubilden. Dabei wird eine rahmenförmige Quarzscheibe, die die aktive Kristallfläche umgibt, mit einem Boden und einem Deckel zu einem sandwichförmigen Gehäuse zusammengefügt. Diese Bauteile schließen leitende Flächen ein, wobei sich die aktive Kristallfläche in einem Freiraum befindet, der durch wannenförmige Ausnehmungen von Boden und Deckel gebildet wird. Auf diese Weise wird zwar eine Verkleinerung des Bauelements erreicht, dieses Bauelement läßt sich jedoch nur in aufwendiger Weise auf eine Leiterplatte montieren. Ein direktes Auflöten unter Herstellung der erforderlichen Anschlüsse ist nicht möglich, es sei denn, man würde das Bauelement mit der Schmalseite auflöten, was aus Stabilitätsgründen, insbesondere wegen der schlechten Schockeigenschaften, nicht in Frage kommt. Aus diesem Grund sind Hilfskonstruktionen für die Herstellung der Anschlüsse, wie zum Beispiel Drähte, erforderlich. Ein derartiges Bauteil läßt sich nicht in SMD-Technik (Surface Mounted Devices) auf eine Leiterplatte bringen.
    Ein Resonator der oben genannten Art ist auch aus der US 4, 421, 621 bekannt. Dieser enthält einen gabelförmigen Schwingquarz, wobei leitende Schichten teilweise durch senkrechte leitende Flächen, meistens mittels Durchbrechung miteinander verbunden sind. Es erfolgt jedoch keine Verbindung der Potentiale zum scheibenförmigen Boden, damit das Bauteil mittels SMD-Technik auf einer Leitrerplatte angebracht und dabei angeschlossen werden kann.
    Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Resonator der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß er in SMD-Technik weiterverarbeitet werden kann.
    Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an mindestens einer Seite des Gehäuses insgesamt mindestens zwei leitende Flächen derart zum Fuß des Bodens erstrecken, daß dieser damit auf eine Leiterplatte auflötbar ist, wobei die leitenden Schichten jeweils außerhalb der Dichtflächen zur Potentialtrennung unterbrochen sind.
    Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren der oben genannten Art gelöst, bei dem vor dem Zusammenfügen mindestens eine Kristallscheibe beidseitig mit leitenden Schichten versehen wird, wobei die aktive Kristallfläche und mindestens eine Unterbrechung außerhalb von Dichtflächen, die der Erzielung eines abgedichteten Gehäusebereichs dienen, ausgespart bleiben, und zumindest der Boden mit mindestens zwei leitenden Flächen versehen wird, die sich derart zum Fuß des Bodens erstrecken, daß dieser damit auf eine Leiterplatte auflötbar ist und elektrische Verbindungen zu den leitenden Schichten der mindestens einen Kristallscheibe herstellbar sind.
    Durch die Erfindung wird ein hermetisch dichtes, preiswertes SMD-Bauelement mit geringem Volumen verfügbar gemacht. Dieses Bauelement ist mit dem Auflöten auf die Leiterplatte fertig angeschlossenes sind keine Verdrahtungen, Bohrungen oder Durchkontaktierungen erforderlich. Die leitenden Schichten dienen als Durchkontaktierungen und vorzugsweise gleichzeitig als Dichtflächen, wobei die Potentialtrennungen außerhalb der Dichtflächen dazu dienen, mehrere Anschlüsse an den Rand des sandwichartigen Gehäuses zu führen, um sie von dort mit auf eine Leiterplatte auflötbaren Anschlüssen des Bodens zu verbinden. Auf diese Weise entsteht ein SMD-Bauelement, das mit einer Vielzahl verschiedener Potentiale verbindbar ist. Das Prinzip besteht also darin, daß jeder leitenden Schicht, die zwischen den Gehäuseteilen liegt, ein Potential zugeordnet ist. Da diese Schichten elektrisch voneinander getrennt sind, können sie der Verbindung der Elektroden mit jeweils einer Leiterbahn der Leiterplatte dienen. Das Bauelement ist einfach herstellbar und bietet, wie die verschiedenen Ausführungsformen und Weiterbildungen zeigen, eine große Zahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten.
    Der Resonator läßt sich beispielsweise derart ausbilden, daß sich die leitenden Schichten auf dem mindestens einen rahmenförmigen Mittelteil befinden, wobei diese mit Boden und Deckel zur Herstellung der Dichtflächen verbunden werden. Diese Dichtflächen, wie auch die der folgenden Ausführungsformen, sind durch verschiedene Verfahren herstellbar. Sie können aufgedampft werden oder durch Siebdruck, chemische Verfahren oder auch Kombinationen verschiedener Verfahren aufgebracht werden. Boden und Deckel können auf das rahmenförmige Mittelteil aufgeklebt oder in anderer Weise mit diesem verbunden werden.
    Besonders zweckmäßig ist es, den Deckel durch Bonden (auch als anodisches Bonden oder Diffusionsbonden bekannt) mit dem Mittelteil zu verbinden. Selbstverständlich kann auch der Boden durch Bonden mit dem Mittelteil verbunden werden. Der Vorteil besteht darin, daß für den Deckel und/oder Boden keine metallischen Schichten erforderlich sind; sie können direkt mit der metallischen Schicht des Mittelteils verbunden werden. Auf diese Weise wird die Herstellung vereinfacht und eine haltbare Verbindung erzielt. Beispielsweise kann der Deckel nur aus einer Glasscheibe bestehen, die direkt mit einer Aluminiumschicht des Mittelteils, das den Kristall trägt, verbunden wird. Dasselbe gilbt für den Boden, der dann nur mit den seitlichen leitenden Schichten für den Anschluß auf der Leiterplatte ausgestattet sein muß.
    Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Boden oben eine leitende Schicht aufweist, die mit der entsprechenden leitenden Schicht des Mittelteils verbunden ist, wobei diese mindestens im Bereich der Dichtfläche korrespondieren. Genauso ist es möglich, daß der Deckel unten eine leitende Schicht aufweist, die mit der entsprechenden Schicht des Mittelteils verbunden ist, wobei auch diese mindestens im Bereich der Dichtfläche korrespondieren. Da das Aufbringen von Metallschichten, beispielsweise auf Quarz, Glas oder Keramik, eine sehr stabile Verbindung ergibt, hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß die Gehäuseelemente verlötet oder verschweißt werden können. Zweckmäßigerweise wird für die leitenden Schichten ein Metall mit einer Schmelztemperatur zwischen 240 und 600 °C vorgesehen. Dadurch ist eine einfache Verschweißung durch Reibschweißen oder Laserschweißen möglich, ohne daß die einzelnen Bestandteile in Mitleidenschaft gezogen werden. Es ist auch möglich, daß das Gehäuse unter Vakuum durch Unterdruck verschlossen wird, oder es sind Kombinationen denkbar, wie beispielsweise, daß der Deckel und der Boden zusammen mit dem Quarz unter Vakuum zusammengefügt und anschließend die Metallflächen verlötet oder verschweißt werden. Es ist auch möglich, daß die Metallschichten im Durchlaufofen miteinander verschmolzen werden, oder es kann eine Lötung derart erfolgen, daß ein Stempel, der von oben und unten während des Lötvorgangs die Teile zusammenhält, gleichzeitig zur Wärmeabfuhr und Abdichtung nach innen dient. Weitere Arten der Zusammenfügung und Verbindung der Gehäuseteile oder Kombinationen davon sind vorstellbar.
    Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß die leitenden Schichten außerhalb der Dichtflächen weitere Unterbrechungen aufweisen. Diese Unterbrechungen können dazu dienen, daß nur so viele leitende Schichten aufeinanderliegen, wie für die Kontaktgabe und Abdichtung erforderlich sind. Der Grund besteht darin, daß die Metallschichten wie Spulen oder Kondensatoren wirken, die sich in Anbetracht oft erforderlicher niedriger Werte störend auswirken können. Solche weiteren Unterbrechungen können jedoch auch dazu dienen, weitere Bauelemente einzufügen, wie beispielsweise Leiterbahnen, Kondensatoren, Spulen usw. Solche Bauelemente können z.B. mittels Sputtertechnik aufgedampft werden. Auf diese Weise kann der Resonator zu einem integrierten Bauteil erweitert werden.
    Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kristall und das rahmenförmige Mittelteil als einstückiges Bauteil ausgebildet sind, wobei die aktive Resonatorfläche des Kristalls unter Verbleib von mindestens einem Verbindungssteg freigestellt ist. Es kann sich ein Verbindungssteg, oder es können sich zwei Verbindungsstege an einer Seite der aktiven Resonatorfläche befinden, so daß sich eine Freistellung von ca. 350 Grad ergibt. Es ist jedoch auch möglich, zwei Verbindungsstege an gegenüberliegenden Seiten der aktiven Resonatorfläche anzubinden, womit sich eine Freistellung von ca. 2 mal 175 Grad ergibt. Die einzelnen Ausgestaltungen richten sich nach den Endeigenschaften des gewünschten Resonators. Die Freistellung kann entweder mechanisch, beispielsweise durch Bohren, oder durch einen Ätzprozeß erfolgen, bei dem vorher die nicht freizuätzenden Flächen mit Lack abgedeckt werden. Die Ausführungsform als einstückiges Bauteil hat den Vorteil, daß keine Verbindung des rahmenförmigen Mittelteils mit dem Kristall durch einen fremden Werkstoff, beispielsweise Klebstoff, erforderlich ist. Dies ist von Vorteil, da solche Werkstoffe, insbesondere Klebstoffe, die Alterungsbeständigkeit negativ beeinflussen. Durch zwei Verbindungsstege, welche mindestens je eine Elektrodenzuleitung tragen, können nachteilige Scherschwingungen vermieden werden.
    Die aktive Kristallfläche kann zur Erzielung einer Dickenänderung bearbeitet sein. Gerade dadurch, daß der Schwingkörper an einem dicken Rand fest angebunden ist, kann er dünner gemacht werden. Dies ist eine der Möglichkeiten, um einen Freiraum für die Schwingungsfähigkeit der aktiven Resonatorfläche zu schaffen. Es ist auch eine besonders wirtschaftliche Möglichkeit, da die Bearbeitung des Kristalls ohnehin erforderlich ist, um die gewünschte Endfrequenz zu erhalten. Diese Dickenänderung der aktiven Fläche kann durch Ätzen, durch Läppen oder durch eine Laserbearbeitung, beispielsweise Excimerlaser, vorgenommen werden. Danach können die Elektroden und ihre elektrische Verbindung zu den leitenden Flächen aufgedampft werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die aktive Kristallfläche zur Erzielung einer Form zu bearbeiten. So sind beispielsweise konvexe Formen für niederfrequente Quarze mit Excimerlaser oder durch Stufenätzen herstellbar. Jede dieser Bearbeitungen der aktiven Kristallfläche kann dazu dienen, die gewünschten Endabmessungen und damit Endeigenschaften zu erreichen, wie Frequenz, Widerstand, C0/C1-Verhältnis usw.
    Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die leitende Schicht des Deckels ein Fenster im Bereich des Kristalls aufweist. Auch die leitende Schicht des Bodens kann ein Fenster im Bereich der Kristalls aufweisen. Dadurch läßt sich auf einfache Weise ein Freiraum für die Schwingungsfähigkeit des Kristalls herstellen, entweder, um zusätzlich zu der Dickenänderung des Kristalls weiteren Raum zu schaffen oder anstelle einer solchen Dickenänderung. Der zusätzliche Vorteil solcher Fenster besteht darin, daß unerwünschte Kapazitäten vermieden werden.
    Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß mindestens eines der Gehäuseteile, nämlich Boden oder Deckel, aus einem durchsichtigen Material bestehen. Auf diese Weise wird es möglich, eine oder beide der Elektroden nach Zusammenfügung des Gehäuses zur Erzielung eines genauen Frequenzabgleichs mittels Laser oder mittels einer Glimmentladung nachzubearbeiten. Beispielsweise können Boden und/oder Deckel aus Glas bestehen. Zur Bearbeitung der Elektroden kann beispielsweise ein YAK-Laser eingesetzt werden. Der große Vorteil besteht darin, daß der Abgleich nach dem Verschluß des Gehäuses stattfinden kann. Auf diese Weise lassen sich Kristalle mit einer Ausgangsgenauigkeit < 5 ppm noch abgleichen, um eine Genauigkeit von weniger als 1 ppm zu erzielen.
    Die Elektroden können auf dem Kristall angeordnet sein, wobei sie in der Regel jedoch nicht die gesamte aktive Kristallfläche bedecken. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Elektroden auf der Unterseite des Deckels und auf der Oberseite des Bodens angebracht sind. Sind mehrere Kristalle vorgesehen, kann selbstverständlich auch ein Zwischenboden Träger von Elektroden sein. Durch eine solche Ausführungsform können besonders alterungsstabile Resonatoren hergestellt werden, die eine hohe Frequenzstabilität aufweisen. Auch in einem solchen Fall lassen sich die Elektroden bei durchsichtigem Gehäuse mittels Laser nacharbeiten.
    Die erfindungsgemäße Sandwich-Bauweise mit der Möglichkeit, leitende Schichten für mehrere Potentiale mit der Leiterplatte zu verbinden, eröffnet auch die Möglichkeit, daß in das Gehäuse mehrere Kristalle eingefügt sind. Diese können derart angeordnet werden, daß mehrere rahmenförmige Mittelteile zwischen Boden und Deckel eingefügt sind, daß also sozusagen mehrere Resonatoren übereinandergestapelt werden. Dabei ist es auch möglich, daß sich zwischen den rahmenförmigen Mittelteilen Zwischenböden befinden, die zumindest zur Herstellung der elektrischen Verbindung des mindestens einen darüberliegenden Kristalls zur Leiterplatte leitende Flächen aufweisen. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das Zwischenteil oben und unten jeweils eine leitende Schicht zur Bildung der jeweiligen Dichtfläche aufweist, die außerhalb der Dichtfläche zur Potentialtrennung unterbrochen ist. Dadurch können in bereits beschriebener Weise Metallschichten miteinander verbunden werden, um die Bauteile zusammenzufügen Es läßt sich somit ein kompaktes Bauelement mit beliebig vielen Resonatoren und gegebenenfalls weiteren Bauelementen ausbilden. Es kann vorgesehen sein, daß die Kristalle durch separate Anschlüsse mit der Leiterplatte verbunden sind. Der Aufbau der leitenden Schichten und der Unterbrechungen derselben kann jedoch auch derart ausgestaltet sein, daß die einzelnen Resonatoren in Reihe oder parallel geschaltet sind.
    Selbstverständlich ist jedoch auch bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Resonators ein Freiraum für das Schwingen des Kristalls durch wannenförmige Ausnehmungen von Boden und Deckel, wie beim genannten Stand der Technik, möglich und dann zweckmäßig, wenn ein besonders großer Freiraum hergestellt werden soll.
    Der Boden des Resonators kann beliebig viele Anschlußflächen zum Verlöten mit den Leiterbahnen der Leiterplatte aufweisen. Die einzige Begrenzung liegt darin, wie viele leitende Flächen der Umfang des Gehäuses aufnehmen kann.
    Es ist möglich, daß alle Bauteile des Gehäuses, nämlich der Boden, eines oder mehrere der rahmenförmigen Mittelteile und gegebenenfalls auch die Zwischenböden und der Deckel aus demselben Material, z.B. aus demselben Quarz, bestehen wie der Kristall. Auf diese Weise besteht das gesamte Bauteil aus homogenem Material mit gleicher Ausdehnung, was zu besonders streßfreien Eigenschaften, insbesondere bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen führt. Streßfreiheit bedeutet, daß keine Schubkräfte und damit kein Verbiegen des Bauelements und keine negative Beeinflussung der Schwingungen auftritt.
    Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Resonators der oben beschriebenen Art. Dieses Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
       Eine Kristallscheibe wird zum Beispiel mittels Lack oder Schablonen dort abgedeckt, wo sich die aktive Kristallfläche und die Unterbrechung zur Polaritätstrennung befinden sollen. Danach werden die nicht abgedeckten Flächen metallisiert. Ein ähnlicher Arbeitsvorgang wird auch am Boden vorgenommen, wobei durch die Metallisierungen mindestens zwei leitende Flächen hergestellt werden, die sich derart zum Fuß des Bodens erstrecken, daß dieser damit auf eine Leiterplatte auflötbar ist. Außerdem können solche Schichten im Dichtungsbereich vorgesehen werden, wobei sie mit den leitenden Schichten der Kristallscheibe korrespondieren. Auch der Deckel kann mit einer solchen Metallschicht versehen werden, die sich zumindest im Bereich der Dichtfläche des abgedichteten Gehäusebereichs befindet.
    Danach wird die aktive Kristallfläche der Kristallscheibe derart freigestellt, daß mindestens ein Verbindungssteg zum dadurch entstehenden rahmenförmigen Mittelteil erhalten bleibt. Dies kann durch Bohren, Trennen mittels Trennscheibe oder Ätzen erfolgen, wobei im letzteren Fall ebenfalls eine Abdeckung mit einem Lack vorgenommen werden kann. Nach der Freistellung der aktiven Kristallfläche werden alle Flächen bis auf die aktive Kristallfläche durch einen Lack abgedeckt, damit dieser Bereich auf die gewünschte Frequenz geätzt werden kann. Es können dabei auch konvexe Formen für niederfrequente Quarze durch Stufenätzen hergestellt werden. Selbstverständlich sind auch andere Bearbeitungsformen wie mittels Laser möglich. Wesentlich ist, daß durch die so bearbeitete Kristallfläche die gewünschten Dimensionen erzielt werden. Danach werden die Elektroden so aufgebracht, daß sie mit den leitenden Dichtflächen verbunden sind.
    Zum Schluß werden die Gehäuseteile zusammengefügt, wobei dies durch Kleben, Löten, Bonden oder Schweißen, beispielsweise Reibschweißen oder Laserschweißen, stattfinden kann. Dabei werden die vertikalen leitenden Flächen und gegebenenfalls auch horizontalen leitenden Schichten von Boden und Kristallscheibe, welche denselben Potentialen zugeordnet sind, miteinander verbunden. Es kann auch eine Verbindung dadurch hergestellt werden, daß die Teile unter Vakuum durch Unterdruck verschlossen werden. Besonders zweckmäßig ist eine Kombination von Verfahren, beispielsweise dahingehend, daß der Deckel und der Boden zusammen mit der Kristallscheibe unter Vakuum zusammengefügt und anschließend die Metallflächen verlötet oder verschweißt werden. Durch den zuvor erfolgten Vakuumverschluß ist der Quarz geschützt und das höhere Risiko, daß der Vakuumverschluß nicht dauerhaft ist, besteht nicht. Das Lot läßt sich beispielsweise durch einen Laser erwärmen oder es wird ein Stempel vorgesehen, der von oben und unten während des Lötvorgangs die Teile zusammenhält und gleichzeitig zur Wärmeabfuhr und zur Abdichtung nach innen dient.
    Ist das Gehäuse durchsichtig, beispielsweise als Allglasgehäuse ausgebildet, so kann nach dem Zusammenfügen des Gehäuses mittels eines Lasers oder einer Glimmentladung mindestens eine der Elektroden durch den durchsichtigen Gehäuseteil hindurch nachbearbeitet werden, womit in oben dargestellter Weise eine besonders hohe Genauigkeit erzielt werden kann.
    Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es sind Ausführungsbeispiele mit zweckmäßigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargestellt, auf weitere Vorteile wird verwiesen. Es zeigen
    Fig. 1
    einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Resonators der erfindungsgemäßen Art im Bereich eines rahmenförmigen Mittelteils mit aktiver Kristallfläche,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch dieses Ausführungsbeispiel,
    Fig. 3 u. 3a
    einen Deckel,
    Fig. 4, 4a u. 4b
    ein rahmenförmiges Mittelteil sowie
    Fig. 5, 5a u. 5b
    einen Boden eines zweiten Ausführungsbeispiels,
    Fig. 6
    die Gehäuseteile eines dritten Ausführungsbeispiels zur Darstellung des Zusammenbaus,
    Fig. 7
    ein viertes Ausführungsbeispiel mit einigen alternativen Merkmalen,
    Fig. 8
    ein fünftes Ausführungsbeispiel mit zwei Resonatoren übereinandergestapelt,
    Fig. 9
    einen Schnitt durch das obere Mittelteil der Fig. 8,
    Fig. 10
    einen Schnitt durch den Zwischenboden der Fig. 8,
    Fig. 11
    einen Schnitt durch das untere Mittelteil der Fig. 8 sowie
    Fig. 12
    eine Seitenansicht des fünften Ausführungsbeispiels und
    Fig. 13
    ein sechstes Ausführungsbeispiel.
    Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, an dem die Prinzipien der Erfindung erläutert werden. Das Gehäuse 5 des Resonators 1 ist aus einem Boden 6, einem rahmenförmigen Mittelteil 7 und einem Deckel 8 aufgebaut. Fig. 1 zeigt einen Schnitt I-I, der in Fig. 2 eingezeichnet ist. Er führt durch das rahmenförmige Mittelteil 7 im Bereich der leitenden Schicht 9, die der Weitervermittlung des ersten Potentials dient. Das rahmenförmige Mittelteil 7 bildet einen Rahmen und umfaßt dabei einen Kristall 2, der durch einen Verbindungssteg 28 mit dem rahmenförmigen Mittelteil 7 in Verbindung steht. Zweckmäßigerweise sind rahmenförmiges Mittelteil 7 und Kristall 2 aus einem Teil, beispielsweise einem Quarzkristall, hergestellt, wobei eine Freistellung 44 in bereits beschriebener Weise entfernt wurde. Die in Fig. 1 dargestellte Schnittfläche geht durch die leitende Schicht 9 des rahmenförmigen Mittelteils 7 hindurch, wobei zu sehen ist, daß eine Unterbrechung 26 diese leitende Schicht 9 derart aufteilt, daß ein abgedichteter Gehäusebereich 25 entsteht. Der größte Teil der leitenden Schicht 9 ist mit dem ersten Potential der senkrechten leitenden Fläche 18 verbunden. Dieser Bereich steht durch die Elektrodenzuleitung 31 mit der Elektrode 3 an der Oberseite des Kristalls 2 in Verbindung. An der Unterseite des rahmenförmigen Mittelteils 7 befindet sich die leitende Schicht 10, die der Beaufschlagung der unteren Elektrode 4 mit dem zweiten Potential dient. Bei dieser leitenden Schicht 10 verläuft die Unterbrechung 26' derart, daß die senkrechte leitende Fläche 18 des ersten Potentials abgetrennt ist. Diese Unterbrechung 26' ist in Fig. 1 mit unterbrochener Linie gezeichnet, da sie sich auf der Rückseite befindet.
    Durch die Dichtflächen 13 und 14 wird ein abgedichteter Gehäusebereich 25 gebildet, in dem sich der Kristall 2 befindet. Dieser abgedichtete Gehäusebereich 25 entsteht durch den Aufbau des sandwichartigen Gehäuses 5 aus Boden 6, rahmenförmigen Mittelteil 7 und Deckel 8. Dabei sind die leitenden Schichten 9 und 10 mit leitenden Schichten 9' und 10' des Deckels 8 und des Bodens 6 in korrespondierender Weise derart zusammengefügt, daß um den Kristall 2 der hermetisch abgeschlossene Gehäusebereich 25 entsteht.
    Um ein solches Bauteil SMD-fähig zu machen, war es erforderlich, es derart auszugestalten, daß die beiden Potentiale der Elektroden 3 und 4 voneinander getrennt mit Leiterbahnen 23 und 23' der Leiterplatte 22 verbunden werden können. Dazu dienen die genannte Unterbrechung 26 der leitenden Schichten 9 und 9' sowie die Unterbrechung 26' der leitenden Schichten 10 und 10' mit den separaten Anschlüssen zu den Leiterbahnen 23, 23' der Leiterplatte 22. Von der Leiterbahn 23 an der rechten Seite des Bauteils ist eine elektrische Verbindung durch die senkrechte leitende Fläche 18 des Bodens 6 zur leitenden Schicht 9 des rahmenförmigen Mittelteils 7 hergestellt. Die leitende Fläche 18 ist am Fuß 21 des Bodens 6 durch eine Lötung 24 mit der Leiterbahn 23 der Leiterplatte 22 verbunden. Dadurch gelangt das erste Potential zur Elektrode 3. Davon abgetrennt befindet sich auf der linken Seite des Bauteils das zweite Potential, welches in entsprechender Weise mit der Leiterbahn diesem 23' durch eine weitere Lötung 24 verbunden ist. Durch die Unterbrechungen 26 und 26' liegen auch die Dichtflächen 13 und 14 auf verschiedenen Potentialen. Es wäre jedoch auch eine andere als die gezeichnete Anordnung der Unterbrechungen denkbar, wesentlich ist nur, daß die Potentiale getrennt sind, ohne daß dadurch ein Lücke in den Dichtflächen 13 und 14 erzeugt wird. Auf diese Weise ist es gelungen, mittels einer Sandwich-Bauweise einen Resonator 1 herzustellen, bei dem keinerlei Drähte oder Durchkontaktierungen erforderlich sind. Allein durch die metallisierten Flächen 9, 9', 10, 10' der aufeinandergeschichteten Gehäuseteile 5, 6, 7 ist sowohl die Abdichtung eines Gehäusebereichs 25 als auch die Trennung der beiden Potentiale erzielt.
    Zur schwingungsfähigen Aufhängung des Kristalls 2 sind Fenster 32 und 33 in den leitenden Schichten 9' und 10' des Bodens 6 und des Deckels 8 vorgesehen. Diese schwingungsfähige Aufhängung mit einem entsprechenden Freiraum 39 kann jedoch auch durch eine Dickenbearbeitung der aktiven Kristallfläche 2 geschaffen werden, wie es an diesem Ausführungsbeispiel ersichtlich ist. Nach dieser Dickenbearbeitung wurden die Elektroden 3 und 4 aufgebracht und mit den leitenden Schichten 9 und 10 zum Anschluß an das erste und zweite Potential verbunden.
    Die Schnittdarstellung der Fig. 2 führt entlang der Linie II-II der Fig. 1, wobei Kristall 2 und Elektroden 3 und 4 geschnitten sind, jedoch nicht der Verbindungssteg 28 und die Elektrodenzuleitung 31. Nach dem dargestellten Prinzip sind auch die folgenden Ausführungsbeispiele aufgebaut, wobei durch entsprechende Ausgestaltungen weitere Vorteile erzielt werden.
    Die Fig. 3 - 5b zeigen die Einzelteile eines zweiten Ausführungsbeispiels, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß der Kristall 2 durch zwei Verbindungsstege 29 und 30 an das rahmenförmige Mittelteil 7 angebunden ist und daß der Kristall nicht oder nur unwesentlich in seiner Dicke bearbeitet wurde. Der Freiraum 39 wird dann bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Fenster 32 und 33 geschaffen.
    Zusätzlich wurden Weiterbildungen in das zweite Ausführungsbeispiel eingefügt. Die Fig. 3 und 3a zeigen den Deckel 8 des zweiten Ausführungsbeispiels. Dabei stellt die Fig. 3a den Schnitt III-III der Fig. 3 dar. Der Deckel 8 trägt an seiner Unterseite eine leitende Schicht 9', die der oben beschriebenen entspricht und die ein Fenster 32 aufweist. Zur Verdeutlichung ist die in der Ansicht der Fig. 3 sichtbare leitende Schicht 9' mit Wellenlinien markiert. Dabei ist die Unterbrechung 26 sichtbar, die der Trennung der Potentiale in beschriebener Weise dient. Weitere Unterbrechungen 43 und 43', letztere als Verbreiterung der Unterbrechung 26 ausgeführt, korrespondieren mit entsprechenden Unterbrechungen 43, 43' der leitenden Schicht 9 des rahmenförmigen Mittelteils 7. Ihre Funktion wird unten beschrieben. Das Bezugszeichen 13 zeigt die Dichtfläche, die mit dem Mittelteil 7 zusammenwirkend die Abdichtung zwischen Deckel 8 und rahmenförmigen Mittelteil 7 bewirkt.
    Die Fig. 4a und 4b zeigen das rahmenförmige Mittelteil 7, wobei die Fig. 4 die noch nicht mit leitenden Schichten versehene Quarzscheibe darstellt, bei der jedoch bereits durch die Freistellung 44 die aktive Kristallfläche 2 herausgearbeitet wurde. Sie ist durch die Verbindungsstege 29 und 30 an das rahmenförmige Teil 7 angefügt. Die Fig. 4b zeigt das rahmenförmige Mittelteil 7 nach der Aufbringung der leitenden Schicht 9, welche gleichzeitig die Dichtfläche 13 mit dem bereits beschriebenen Deckel 8 ergibt. Unterhalb des dargestellten rahmenförmigen Mittelteils 7 befindet sich die leitende Schicht 10, die gleichzeitig die Dichtfläche 14 mit dem noch zu beschreibenden Boden 6 ergibt. Im Gegensatz zum oben beschriebenen befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Elektrodenzuleitung 31 für die obere Elektrode 3 auf einem Verbindungssteg 30 und die Elektrodenzuleitung 31 für die Elektrode 4 auf dem anderen Verbindungssteg 29. Durch diese Ausgestaltung werden unerwünschte Resonanzen bei den Zuführungen vermieden. Selbstverständlich sind auch andere Anbindungen der aktiven Kristallfläche 2 möglich, dies hängt von den jeweiligen gewünschten Schwingungsformen und davon ab, unter welchem Winkel der Kristall zur Herstellung des Blanks geschnitten wurde.
    Als weitere Besonderheit weist die zweite Ausführungsform eine Unterbrechung 43 der beiden leitenden Schichten 9 und 9' auf. In dieser Unterbrechung 43 können Bauelemente 27' angeordnet sein, die in Reihe zum Kristall 2 geschaltet sind. Zusätzlich ist noch eine weitere Unterbrechung 43' vorgesehen, die die Unterbrechung 26' derart vergrößert, daß eines oder mehrere weitere Bauelemente 27 eingefügt werden können, welche parallel zum Kristall 2 angeordnet sind. Auf diese Weise können Leiterbahnen, Spulen oder Kondensatoren zusätzlich in den Resonator integriert werden, und es ist auf diese Weise möglich, einen Quarzfilter ganz oder teilweise in das Gehäuse 5 des Resonators 1 zu integrieren.
    Die Fig. 5, 5a und 5b zeigen den Boden 6 des zweiten Ausführungsbeispiels. Fig. 5 zeigt die Oberseite des Bodens 6, wobei die leitende Schicht 10' derart ausgestaltet wurde, daß sie mit der leitenden Schicht 10 des rahmenförmigen Mittelteils 7 korrespondiert. Diese Übereinstimmung muß im Bereich der Dichtfläche 14 und in einem Kontaktbereich realisiert sein. Ansonsten sind auch hier weitere Unterbrechungen 43 und 43' möglich. Solche sind jedoch nicht dargestellt. Die Fig. 5a zeigt einen Schnitt V-V durch den Boden 6. An der Unterseite des Bodens befinden sich Anschlußflächen 42 wobei es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um zwei separate Anschlüsse 35 und 36 handelt. Selbstverständlich können mehrere solche Anschlußflächen 42 in einem anderen Ausführungsbeispiel wie dem der Fig. 8 dazu dienen, daß vier Potentiale angeschlossen werden können. Die hier dargestellten zwei separaten Anschlüsse 35 und 36 sind durch senkrechte leitende Flächen 17 und 18 zur Oberseite des Bodens 6 gezogen, an der sich die leitende Schicht 10' für das zweite Potential befindet. Durch die Unterbrechung 26' ist jedoch die leitende Fläche 18 abgetrennt, sie dient der Verbindung der leitenden Schicht 9 des rahmenförmigen Mittelteils 7 zum Anschluß der oberen Elektrode 3. Dagegen führt die leitende Fläche 17 über die leitende Schicht 10 und 10' zur unteren Elektrode 4.
    Fig. 6 zeigt Gehäuseteile eines dritten Ausführungsbeispiels zur Darstellung des Zusammenbaus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kristall 2 rund ausgebildet und weist zwei sich gegenüberliegende Verbindungsstege 29 und 30 auf, so daß sich die Freistellung 44 über ca. 2 mal 175 Grad erstrecken. Der Boden 6 hat an seiner Oberseite die leitende Schicht 10', die ein Fenster 33 aufweist, das in diesem Fall rund ausgestaltet ist. Die leitende Schicht 10' ist weiterhin mit der Unterbrechung 26' versehen, die mit der entsprechenden Unterbrechung 26' der Schicht 10 des rahmenförmigen Mittelteils 7 korrespondiert. Dieses Mittelteil 7 weist an seiner Oberseite die leitende Schicht 9 mit der Unterbrechung 26 auf, die wiederum mit der Unterbrechung 26 der Schicht 9' des Deckels 8 korrespondiert. Diese Schicht 9' weist wiederum ein Fenster 32 auf, das genauso wie das Fenster 33 die Größe der Freistellung 44 hat. Beim Aufeinandersetzen von Boden 6, rahmenförmigem Mittelteil 7 und Deckel 8 ergibt sich somit eine Verbindung von der Elektrode 3 über die Elektrodenzuleitung 31 und die leitende Fläche 18 zu den Anschlüssen 36. Die unterhalb des Kristalls 2 liegende Elektrode 4 ist über deren Elektrodenzuleitung 31, die Schicht 10 und 10' und die leitende Fläche 17 mit den Anschlüssen 35 verbunden. Die beiden Potentiale sind durch die Unterbrechungen 26 und 26' voneinander getrennt. Durch die Anordnung dieser Unterbrechungen 26 und 26' wird der abgedichtete Gehäusebereich, der die Freistellung 44 umschließt, nicht berührt. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen den Teilen, die bereits bei den vorigen Ausführungsbeispielen erwähnt wurden.
    Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel mit einigen alternativen Merkmalen. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein rahmenförmiges Mittelteil 7 auf, in das ein linsenförmiger Quarzkristall 46 mittels einer Klebverbindung 45 befestigt ist. Ein linsenförmiger Quarzkristall 46 eignet sich speziell für Quarze < 12 MHz. Das rahmenförmige Mittelteil 7 weist an einem Außenrand eine leitende Fläche 18 und am anderen Außenrand eine leitende Fläche 17 auf. Der Boden 6 hat Anschlüsse 35 und 36, wobei der Anschluß 35 über die leitende Fläche 17 und die leitende Schicht 10 zur unteren Elektrode 4' führt. Der Anschluß 36 führt über die leitende Fläche 18 und die leitende Schicht 9 zur oberen Elektrode 3'. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 3' und 4' nicht am Kristall 2 angebracht, sondern sie befinden sich am Boden 6 und am Deckel 8. Eine derartige Anordnung führt zu einer hohen Frequenz- und Langzeitstabilität. Es sind Unterbrechungen 26 und 26' vorgesehen, um die beiden Potentiale voneinander zu trennen. Statt der Unterbrechung 26 könnte jedoch auch die leitende Fläche 17 an dem rahmenförmigen Mittelteil 7 weggelassen werden, so daß diese fehlende leitende Fläche 17 sozusagen die Unterbrechung 26 darstellen würde. Selbstverständlich könnte dieses Bauteil auch als Bauteil mit mehreren Resonatoren aufeinandergestapelt aufgebaut werden, für diesen Fall wären auch an Zwischenböden zwischen den einzelnen Resonatoren Elektroden in entsprechender Weise anzuordnen. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wurden viele abweichende Merkmale zusammengefaßt, was selbstverständlich nicht bedeutet, daß diese nur in der dargestellten Kombination möglich sind. Verschiedene Merkmale aller dargestellten Ausführungsbeispiele lassen sich in unterschiedlicher Weise miteinander kombinieren.
    Die Fig. 8 bis 12 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel mit zwei übereinandergestapelten Resonatoren 1, 1', die sich in einem Gehäuse 5' befinden. Die Fig. 8 bis 11 sind Schnittdarstellungen, wobei die Schnitte der Fig. 9, 10 und 11 in der Fig. 8 eingetragen sind. Der Verlauf des Schnitts der Fig. 8 ist wiederum in den Fig. 9 bis 11 vermerkt. Die römischen Ziffern der Schnitte entsprechen den arabischen Zahlen der Figuren. Bei der Fig. 12 handelt es sich um eine Seitenansicht, die ebenfalls in römischer Ziffer mit Pfeil in der Fig. 8 angezeigt wird.
    Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jeder Resonator 1 und 1' separate Anschlüsse 35 und 36 sowie 37 und 38 zur Leiterplatte 22 auf. So führt von der Leiterbahn 23 der Anschluß 35 über die leitende Fläche 17 und die leitende Schicht 9 zur oberen Elektrode 3 des Kristalls 2. Von der Leiterbahn 23" führt der Anschluß 36 über die leitende Fläche 18 und die leitende Schicht 10 zur unteren Elektrode 4 des Kristalls 2. Weiterhin führt von der Leiterbahn 23' der Anschluß 37 über die leitende Fläche 19 und die leitende Schicht 11 zur oberen Elektrode 3 des Kristalls 2', und schließlich führt von der Leiterbahn 23''' der Anschluß 38 über die leitende Fläche 20 und die leitende Schicht 12 zur unteren Elektrode 4 des Kristalls 2'. Um diese vier separaten Anschlüsse 35 bis 38 zu erzielen, müssen zu den Unterbrechungen 26 und 26' weitere Unterbrechungen 47 vorgesehen sein, die sich an die Unterbrechungen 26 und 26' derart anfügen, daß die leitenden Seitenflächen des Bauteils in vier leitende Flächen 17 bis 20 aufgeteilt werden, wobei jede dieser Flächen 17 bis 20 mit je einer leitenden Schicht 9 bis 12 in oben genannter Weise verbunden ist. So zeigt der in Fig. 9 dargestellte Schnitt IX, daß die leitende Fläche 20 zur leitenden Schicht 12 durchverbunden ist. In entsprechender Weise ist an der oberen Seite des Resonators 1' die leitende Fläche 19 mit der leitenden Schicht 11 verbunden. Die Fig. 11 zeigt, wie die leitende Fläche 17 mit der leitenden Schicht 9 verbunden ist, und entsprechend ist auch die leitende Fläche 18 mit der leitenden Schicht 10 verbunden. Zwischen den Resonatoren 1 und 1' befindet sich ein Zwischenboden, der leitende Schichten 15 und 15' aufweist, welche beide derart ausgestaltet sind, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die Dichtflächen 16 des Zwischenbodens 34 sind durch die Unterbrechungen 26 und 26' von den Potentialen getrennt. Die zwei Potentiale jeder Seite sind wiederum durch die weiteren Unterbrechungen 47 getrennt. Auf diese Weise werden die Potentiale lediglich weitergeführt, ohne daß eine Kontaktierung mit der größeren Dichtfläche 16 stattfindet. Selbstverständlich könnten die leitenden Flächen 17 und 18 mit den entsprechenden Teilen der leitenden Schicht auch weggelassen werden, da eine Verbindung nach oben nicht erforderlich ist. Es wäre auch möglich, die Unterbrechungen 26, 26', 47 bei dem Zwischenboden 34 dort wegzulassen, wo die korrespondierenden Flächen 9, 10, 11, 12 der angrenzenden rahmenförmigen Mittelteile 7, 7' keine solchen aufweisen. Die dargestellte Ausführung wurde gewählt, um aufgrund der allseitigen Symmetrie eine bessere Handhabung und universelle Einsetzbarkeit des Zwischenbodens 34 zu erzielen und die Lötungen 24 ebenfalls in symmetrischer Weise an dem Bauteil hochführend anbringen zu können.
    Selbstverständlich läßt sich auch ein Stapel mit mehr als zwei Resonatoren herstellen, wobei jedoch noch zusätzliche Unterbrechungen 47 erforderlich wären. Es ist auch vorstellbar, daß die noch nicht mit leitenden Flächen 17 bis 20 versehenen Seiten entsprechend herangezogen werden, um noch mehr Kontaktierungen zu ermöglichen. Weiterhin ist vorstellbar, daß die rahmenförmigen Mittelteile 7 und 7' ohne Zwischenboden 34 aufeinandergestapelt werden. In diesem Fall würden sich alle Kristalle in einem abgedichteten Gehäusebereich befinden.
    Bei dem dargestellten fünften Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse der beiden Resonatoren 1 und 1' separat zur Leiterplatte geführt. Mit entsprechenden Verbindungen zwischen den leitenden Flächen 17 bis 20 und den leitenden Schichten 9 bis 13 sind jedoch auch Gehäuse mit parallelgeschalteten oder hintereinandergeschalteten Resonatoren möglich und Schaltungen mit weiteren Bauelementen 27 realisierbar.
    Fig. 13 zeigt noch ein sechstes Ausführungsbeispiel, das sich gegenüber der Fig. 2 darin unterscheidet, daß die Elektrode 2 die Dicke des rahmenförmigen Mittelteils 7 aufweist und zur Erzielung des Freiraums 39 wannenförmige Ausnehmungen 40 und 41 des Deckels 8 und des Bodens 6 vorgesehen sind.
    Die in den Figuren gezeigten sechs Ausführungsbeispiele stellen lediglich beispielhafte Zusammenfügungen von Merkmalen dar. Selbstverständlich sind beliebige Merkmalskombinationen möglich.
    Resonator mit Kristall Bezugszeichenliste
    1, 1'
    Resonator
    2, 2'
    Kristall (bzw. aktive Kristallfläche)
    3, 3'
    Elektrode (oben)
    4, 4'
    Elektrode (unten)
    5, 5'
    Gehäuse
    6
    Boden
    7,7'
    rahmenförmiges Mittelteil (z.B. Kristallscheibe)
    8
    Deckel
    9, 9'
    leitende Schicht, erstes Potential
    10, 10'
    leitende Schicht, zweites Potential
    11
    leitende Schicht, drittes Potential
    12
    leitende Schicht, viertes Potential
    13
    Dichtfläche, Oberseite des Mittelteils
    14
    Dichtfläche, Unterseite des Mittelteils
    15, 15'
    leitende Schichten des Zwischenbodens
    16
    Dichtflächen des Zwischenbodens
    17, 18, 19, 20
    leitende Flächen
    21
    Fuß des Bodens
    22
    Leiterplatte
    23, 23', 23'', 23'''
    Leiterbahnen der Leiterplatte
    24
    Lötung
    25
    durch Dichtflächen abgedichteter Gehäusebereich
    26, 26'
    Unterbrechungen einer leitenden Schicht
    27, 27'
    weitere Bauelemente
    28
    Verbindungssteg (einer)
    29, 30
    Verbindungsstege (zwei)
    31
    Elektrodenzuleitung
    32
    Fenster (Deckel)
    33
    Fenster (Boden)
    34
    Zwischenboden
    35, 36, 37, 38
    separate Anschlüsse
    39
    Freiraum
    40, 41
    wannenförmige Ausnehmungen
    42
    Anschlußflächen
    43, 43'
    weitere Unterbrechung einer leitenden Schicht
    44
    Freistellung
    45
    Klebverbindung
    46
    linsenförmiger Quarzkristall
    47
    weitere Unterbrechungen leitender Schichten zur Trennung von 4 Potentialen

    Claims (37)

    1. Resonator (1) mit mindestens einem Kristall (2, 2'), mindestens zwei diesen Kristall (2, 2') anregenden Elektroden (3, 3', 4, 4') und einem in Sandwich-Bauweise aufgebauten Gehäuse (5, 5') mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Boden (6), mindestens einem rahmenförmigen Mittelteil (7, 7'), das den Kristall (2, 2') umgibt und in schwingfähiger Weise trägt, und einem im wesentlichen scheibenförmigen Deckel (8), wobei diese Gehäuseteile (6, 7, 7', 8) unter Einschluß von leitenden Schichten (9 und 9', 10 und 10'; 11, 12) durch Dichtflächen ( 13, 14, 15, 16) miteinander verbunden sind und die Elektroden (3, 4; 3', 4') jeweils mit einer leitenden Schicht (9 und 9', 10 und 10'; 11, 12) elektrisch in Verbindung stehen,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß sich an mindestens einer Seite des Gehäuses (5, 5') insgesamt mindestens zwei leitende Flächen (17, 18, 19, 20) derart zum Fuß (21) des Bodens (6) erstrecken, daß dieser damit auf eine Leiterplatte (22) auflötbar ist, wobei die leitenden Schichten (9 und 9', 10 und 10'; 11, 12) jeweils außerhalb der Dichtflächen (13, 14, 15, 16), die der Erzielung eines abgedichteten Gehäusebereichs (25) dienen, zur Potentialtrennung unterbrochen sind.
    2. Resonator nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß sich die leitenden Schichten (9, 10) auf dem mindestens einen rahmenförmigen Mittelteil (7) befinden, wobei diese mit Boden (6) und Deckel (8) zur Herstellung der Dichtflächen (11, 12, 13, 14) verbunden werden.
    3. Resonator nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Deckel (8) und das Mittelteil (7) durch Bonden miteinander verbunden werden.
    4. Resonator nach Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Boden (6) und das Mittelteil (7) durch Bonden miteinander verbunden werden.
    5. Resonator nach Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Boden (6) oben eine leitende Schicht (10') aufweist, die mit der entsprechenden leitenden Schicht (10) des Mittelteils (7) verbunden ist, wobei diese mindestens im Bereich der Dichtfläche (14) korrespondieren.
    6. Resonator nach Anspruch 2, 4 oder 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Deckel (8) unten eine leitende Schicht (9') aufweist, die mit der entsprechenden Schicht (9) des Mittelteils (7) verbunden ist, wobei diese mindestens im Bereich der Dichtfläche (13) korrespondieren.
    7. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die leitenden Schichten (9, 9'; 10, 10'; 11 oder 12) außerhalb der Dichtflächen (13, 14, 15 oder 16) weitere Unterbrechungen (43, 43') aufweisen.
    8. Resonator nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die weiteren Unterbrechungen (43, 43') der Aufnahme weiterer Bauelemente (27, 27') dienen.
    9. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Kristall (2, 2') und das rahmenförmige Mittelteil (7, 7') als einstückiges Bauteil ausgebildet sind, wobei die aktive Resonatorfläche des Kristalls (2, 2') unter Verbleib von mindestens einem Verbindungssteg (28, 29, 30) freigestellt ist.
    10. Resonator nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß zwei Verbindungsstege (29, 30) vorgesehen sind, die mindestens je eine Elektrodenzuleitung (31) tragen.
    11. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die aktive Kristallfläche (2, 2') zur Erzielung einer Dickenänderung bearbeitet ist.
    12. Resonator nach Anspruch 11,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß durch die Dickenänderung der Freiraum (39) für die Schwingungen des Kristalls (2,2') geschaffen ist.
    13. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die aktive Kristallfläche (2, 2') zur Erzielung einer Form bearbeitet ist.
    14. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß durch die Bearbeitung der aktiven Kristallfläche (2, 2') die gewünschte Frequenz erzielt ist.
    15. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die leitende Schicht (9') des Deckels (8) ein Fenster (32) im Bereich des Kristalls (2, 2') aufweist.
    16. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 oder 5 bis 13,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die leitende Schicht (10') des Bodens (6) ein Fenster (33) im Bereich des Kristalls (2, 2') aufweist.
    17. Resonator nach Anspruch 15 und 16,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Freiraum (39) für die Schwingungen des Kristalls (2, 2') durch die Fenster (32, 33) hergestellt ist.
    18. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mindestens eines der Gehäuseteile Boden (6) oder Deckel (8) aus einem durchsichtigen Material besteht.
    19. Resonator nach Anspruch 18,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mindestens eine der Elektroden (3, 3', 4, 4') nach der Zusammenfügung des Gehäuses (5, 5') zur Erzielung eines genauen Frequenzabgleichs mittels eines Lasers nachbearbeitet ist.
    20. Resonator nach Anspruch 18,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mindestens eine der Elektroden (3, 3', 4, 4') nach der Zusammenfügung des Gehäuses (5, 5') zur Erzielung eines genauen Frequenzabgleichs mittels einer Glimmentladung nachbearbeitet ist.
    21. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Elektroden (3, 3', 4, 4') auf dem Kristall (2, 2') angeordnet sind.
    22. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Elektroden (3, 3', 4, 4') auf der Unterseite des Deckels (8) und auf der Oberseite des Bodens (6) angebracht sind.
    23. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß in das Gehäuse (5') mehrere Kristalle (2, 2') eingefügt sind.
    24. Resonator nach Anspruch 23,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mehrere rahmenförmige Mittelteile (7, 7') zwischen Boden (6) und Deckel (8) eingefügt sind.
    25. Resonator nach Anspruch 24,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß sich zwischen den rahmenförmigen Mittelteilen (7, 7') Zwischenböden (34) befinden, die zumindest zur Herstellung der elektrischen Verbindung des mindestens einen darüberliegenden Kristalls (2') zur Leiterplatte (22) leitende Flächen (17, 28, 19, 20) aufweisen.
    26. Resonator nach Anspruch 25,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß das Zwischenteil (34) oben und unten jeweils eine leitende Schicht (15, 15') zur Bildung der jeweiligen Dichtfläche (16) aufweist, die außerhalb der Dichtfläche (16) zur Potentialtrennung unterbrochen (26, 26', 47) ist.
    27. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 26,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Kristalle (2, 2') durch separate Anschlüsse (35, 36, 37, 38) mit der Leiterplatte (22) verbunden sind.
    28. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 26,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die einzelnen Resonatoren (1, 1') in Reihe geschaltet sind.
    29. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 26,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die einzelnen Resonatoren (1, 1') parallel geschaltet sind.
    30. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Freiraum (39) für das Schwingen des Kristalls (2, 2') durch wannenförmige Ausnehmungen (40, 41) von Boden (6) und Deckel (8) gebildet wird.
    31. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Boden (6) Anschlußflächen (42) zum Verlöten mit den Leiterbahnen (23, 23', 23", 23"') der Leiterplatte (22) aufweist.
    32. Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß alle Bauteile (6, 7, 7', 8, 34) des Gehäuses (5, 5') aus demselben Quarzmaterial bestehen wie der Kristall (2, 2').
    33. Verfahren zur Herstellung eines Resonators (1, 1') mit mindestens einem Mittelteil (7, 7') aus einer Kristallscheibe mit zwei Elektroden (3, 3', 4, 4') sowie einem Boden (6) und einem Deckel (8) durch folgende Verfahrensschritte:
      a) die aktive Kristallfläche (2; 2') wird derart freigestellt, daß mindestens ein Verbindungssteg (28, 29,30) zum dadurch entstehenden rahmenförmigen Mittelteil (7, 7') erhalten bleibt.
      b) die aktive Kristallfläche (2, 2') wird derart bearbeitet, daß die gewünschte mechanische Abmessung erzielt ist,
      c) die Elektroden (3, 3') werden aufgebracht und gegebenenfalls zum Abgleich bearbeitet sowie mit den leitenden Schichten (9, 10, 11, 12) verbunden, das mindestens eine Mittelteil (7, 7'), der Boden ( 6) und der Deckel (8) werden zusammengefügt,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß vor dem Zusammenfügen mindestens eine Kristallscheibe (7, 7') beidseitig mit leitenden Schichten (9, 10, 11, 12) versehen wird, wobei die aktive Kristallfläche (2, 2') und mindestens eine Unterbrechung (26, 26', 47) außerhalb von Dichtflächen (13, 14, 15, 16), die der Erzielung eines abgedichteten Gehäusebereichs (25) dienen, ausgespart bleiben, und zumindest der Boden (6) mit mindestens zwei leitenden Flächen (17, 18, 19, 20) versehen wird, die sich derart zum Fuß (21) des Bodens (6) erstrecken, daß dieser damit auf eine Leiterplatte (22) auflötbar ist und elekrische Verbindungen zu den leitenden Schichten (9, 10, 11, 12) der mindestens einen Kristallscheibe (7, 7') herstellbar sind.
    34. Verfahren nach Anspruch 33,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß auch Boden (6) und Deckel (8) mindestens im Bereich der Dichtflächen (13, 14) mit leitenden Schichten (9', 10') versehen werden und daß beim Zusammenfügen die leitenden Schichten (9, 10) der Kristallscheibe (7, 7') mit den leitenden Schichten (9', 10') von Boden (6) und Deckel (8) verbunden werden.
    35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mittels eines Lasers mindestens eine der Elektroden (3, 3', 4, 4') durch ein durchsichtiges Gehäuseteil (6, 8) hindurch nachbearbeitet wird.
    36. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mittels einer Glimmentladung mindestens eine der Elektroden (3, 3', 4, 4') durch ein durchsichtiges Gehäuseteil (6, 8) hindurch nachbearbeitet wird.
    37. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Gehäuseteile (6, 8, 7, 7', 34) unter Vakuum durch Unterdruck verschlossen und dann durch eine weitere Verbindungstechnik miteinander verbunden werden.
    EP97951202A 1996-11-28 1997-11-14 Resonator mit kristall Expired - Lifetime EP0941576B1 (de)

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